이탈리안 라이그라스(IRG) 건조기 개발 및 건조 성능 비교

김밝금,이아영,김기영,임종국 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.7

In the 2000s, meat consumption per person in South Korea has increased by about 3% every year. Recently, meat consumption at home in South Korea has been increasing further as external activities of people have been restricted due to the spread of COVID-19. Accordingly, the production of high-quality roughage is becoming important as a measure of the competitiveness of stockbreeding. Italian ryegrass(IRG) is a representative winter roughage with good livestock preference and excellent initial growth, so the demand for IRG is increasing rapidly. However, the IRG harvest period overlaps with the rainy season in South Korea, and it is difficult to dry IRG due to its high moisture content and thermal properties. Hence, we developed suitable dryers for IRG and compared their respective characteristics. In particular, 30kg of IRG seeds with an initial moisture content of 50% were dried by conveyor and fluidized-bed dryers, respectively, at 60°C. Subsequently, the optimal moisture content for seed storage and distribution was found to be less than 14%. In addition, this study showed that the drying time of the conveyor dryer was 20min. On the other hand, in the fluidized-bed dryer, the target moisture content could not be reached even after drying the seeds for 2h, and the vertical deviation of moisture content, in this case, was large. Therefore, it was judged that the conveyor dryer was more suitable for drying IRG seeds than the fluidized-bed dryer. 2000년대 들어 우리나라 1인당 육류 소비량은 해마다 약 3 %씩 증가하고 있다. 최근, 코로나 19 확산으로 외부 활동에 제약을 받으면서 가정 내 육류 소비가 더욱 증가하고 있다. 이에 따라 양질의 조사료 생산 또한 축산 경쟁력이 될 만큼 중요시되고 있다. 이탈리안 라이그라스(IRG)는 대표적인 동계 조사료로 가축 기호성이 매우 좋고, 초기 생육이 우수하여 수요량이 급증하고 있다. 하지만 IRG 수확 시기와 우리나라 계절상 장마 기간이 겹치고, 높은 함수율 및 품온을 가진 물성 특성으로 건조 단계에 어려움을 겪고 있다. 현재, 국내에는 IRG 종자용 건조 시스템이 전무하여 종자 건조 속도 및 종자 품질 저하 문제가 발생한다. 이를 극복하기 위해 본 논문에서는 IRG 종자용 건조 장치를 개발하여 건조 특성을 비교하고자 하였다. 초기 함수율 50 % 이상의 수확 직후 종자를 사용하였으며, 30 kg씩 60 ℃의 동일한 온도로 설정된 각 건조기를 이용해 시험을 수행하였다. 종자 저장 유통을 위한 목표 함수율은 14 % 미만이며, 컨베이어 건조기 이용 건조 결과 20분 이내에 건조 목표 함수율까지 도달하였으며, 시간당 처리량은 90 kg/hr이었다. 반면에 유동층 건조기를 이용해 2시간 건조 시에도 목표 함수율까지 도달하지 못하였으며 상하 함수율 편차가 컸다. 따라서 완전 밀폐식인 유동층 건조기보다 컨베이어 건조기가 IRG 종자용에 더 적합할 것으로 판단되었다.

고압 송풍 시험장치를 이용한 수확 후 이탈리안 라이그라스(IRG) 종자의 품온 변화

김밝금,임종국,이아영 한국산업식품공학회 2021 학술대회 및 심포지엄 Vol.2021 No.10

유기질 비료 부숙도 측정을 위한 센서 측정 범위 설정

김밝금 ( Bal-geum Kim ),이재수 ( Jae-su Lee ),유병기 ( Byeong-gi Yu ),김현종 ( Hyun-jong Kim ),이현동 ( Hyun-dong Lee ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

부숙도란 퇴비나 액비가 식물과 토양에 안정적인 반응을 나타내는 정도를 말하는데, 가축 분뇨 퇴비에 대한 부숙도 기준의 적용이 2020년부터 시행됨에 따라 퇴비 부숙도 측정의 중요성이 더 커지고 있다. 가장 대표적인 측정 방법으로는 솔비타(Solvita)측정법이 있는데, 이 방법은 부숙 정도의 표시에 차이가 발생하여 재현성이 낮고 판정까지 많은 시간이 소요되는 한계가 있다. 그러나 미부숙 퇴비의 사용에 따른 농작물 피해를 예방하기 위해서는 퇴비 사용 전 신속하고 정확한 부숙 판정이 가능한 방법의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 휴대용 부숙도 측정 장치를 개발하여 부숙도 측정 시 신속성 및 편의성을 높이고자 하였다. 기체 농도 계측부에는 각종 센서를 부착하였고, 기체 챔버부는 기밀이 유지되는 이중 재킷 구조로 하여 항온 수조를 이용해 온도가 일정하게 유지되게 하였다. 기체 계측을 위한 암모니아 센서(3E1000SE, Citytech, Germany) 계측 범위는 0∼1000ppm, 이산화탄소 센서(GMP252, Vaisala, Finland)는 0∼5000ppm이었다. 기밀 챔버 내 온도는 25℃로 하여 5종 유기질 비료 대상으로 데이터로거(GL840, Graphtec, Japan)를 통해 센서 계측 값을 모니터링하고 데이터를 수집하였다. 30g의 시료를 기체 기밀 챔버에 투입 후 30분 동안 가스 농도 변화를 측정한 결과, 암모니아 가스 발생 농도 범위는 -2.3∼1050ppm이었으며, 이산화탄소 가스 농도 발생 범위는 423∼3900ppm이었다. 80g의 시료 측정 시 암모니아 가스 발생 농도 범위는 -3.2∼1150ppm이었으며, 이산화탄소 가스 발생 농도범위는 451∼5000ppm으로 나타났다. 이산화탄소의 경우 최댓값 기준으로 시료 양에 따라 1.3배의 차이를 보여 퇴비 양이 가스 발생량에 영향을 끼치는 것을 알 수 있었으나, 암모니아의 경우 차이가 거의 없는 것을 확인하였다. 또한 선정한 시판 퇴비 5종의 수분 함량 측정 평균은 50%로 부숙 퇴비 범위 55% 미만 기준에 적합한 것으로 나타났다. 본 연구에 따라 기체 기밀 챔버를 사용하여 퇴비 부숙도의 판정 요인인 암모니아 및 이산화탄소 가스 계측이 가능하고, 이산화탄소의 경우 퇴비 양이 가스 발생량에 영향을 미침을 알 수 있었다. 추후 온도별 기체 계측 요인 실험 및 1회 샘플 측정 후 다음 샘플 측정까지 소요 되는 시간 단축 방안에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

근적외선 비파괴 과일 선별 시스템을 활용한 내부 갈변 사과의 판별

김밝금(Bal Geum Kim),임종국(Jong Guk Lim) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.1

본 논문에서는 농산물 산지 유통 센터에서 설치되어 사용하고 있는 비파괴 과일 선별 시스템을 이용하여 정상사과와 내부에 결함이 있는 사과를 판별하기 위한 최적 파장과 해당 스펙트럼의 특성을 구명하고자 하였다. 총 54개 사과에 대해 470 - 1150 nm의 파장 범위에서 정상 사과와 갈변 사과의 투과 스펙트럼을 획득하였다. 주성분 분석(PCA)을 활용하여 정상 사과와 내부 갈변 사과의 군집을 확인하였으며, 판별 모델의 개발과 평가를 위해 부분최소제곱회귀(PLSR) 분석을 수행하였다. PCA 분석에서는 정상 사과와 내부 갈변 사과 군집의 확연한 구분이 보여 높은 판별율의 결과를 보여주었다. PLSR 분석 결과, 전처리를 하지 않은 예측 모델의 상관계수(R)는 0.902, RMSE 값은 0.157이었으며, 전처리를 적용했을 때 예측 모델의 상관계수는 0.906, RMSE 값은 0.154이었다. 따라서, 이 PLSR 모델은 이 시스템을 활용해 내부 갈변이 있는 사과도 우수하게 판별할 수 있음을 알 수 있었다. 이와 같은 방식을 이용할 경우, 외부 결함과 더불어 내부 결함에 대한 농산물 선별과 평가에 적용될 수 있을 것으로 사료된다. There is a lack of studies comparing the internal quality of fruit with its external quality. However, issues of internal quality of fruit such as internal browning are important. We propose a method of classifying normal apples and internally browned apples using a near-infrared (NIR) non-destructive system. Specifically, we found the optimal wavelength and characteristics of the spectra for determining the internal browning of Fuji apples. The NIR spectra of apples were obtained in the wavelength range of 470-1150 nm. A group of normal apples and a group of internally browned apples were identified using principal component analysis (PCA), and a partial least squares regression (PLSR) analysis was performed to develop and evaluate the discriminant model. The PCA analysis revealed a clear difference between the normal and internally browned apples. From the PLSR, the correlation coefficient of the predictive model without pretreatment was determined to be 0.902 with an RMSE value of 0.157. The correlation coefficient of the predictive model with pretreatment was 0.906 with an RMSE value of 0.154. The results show that this model is suitable for classifying normal and internally browned apples and that it can be applied for the sorting and evaluation of agricultural products for internal and external defects.

지역별 학습 모델을 활용한 타 지역 사과 당도 예측

김밝금 ( Balgeum Kim ),심재승 ( Jaeseung Sim ),이아영 ( Ahyeong Lee ),임종국 ( Jongguk Lim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1

최근 ‘당도’가 높은 프리미엄 과일의 수요가 많아지는 추세에 따라 유통 과정에서 비파괴 당도 선별기를 활용한 과일 당도 선별이 더욱 중요해지고 있다. 현재 국내 유통 현장에서 사용하는 비파괴 당도 선별기는 빠르고 간편하게 과일 당도를 선별할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 선별기 관리 측면에서 매 수확기에 해당 지역의 당해 수확 과일로 학습 모델을 구축하지 않으면 당도 예측 성능을 보장할 수 없다는 단점이 있다. 이러한 문제를 일으키는 데에는 다양한 원인이 있지만, 동일 품종의 과일이라도 재배지의 차이에 따라 당도 예측을 위한 학습 과정에서 이질성을 보일 수 있다는 의견이 있다. 본 연구에서는 지도학습 모델링 관점에서 과일 표본(후지 사과)의 재배지(당진, 청송, 장수)에 따른 차이를 확인하고 이를 극복하는 방안을 모색하고자 하였다. 470~1,150 nm의 파장 대역을 가지는 비파괴 당도 선별 시스템을 이용해 사과 당도 스펙트럼을 획득하였으며, 실측한 당도 값의 평균은 당진, 청송, 장수 각각 15.5, 13.5, 12.6이었다. 지역별 학습 모델을 구축하여 동일 지역과 타 지역 사과의 당도를 예측하고 그 수준을 비교한 결과, 1derivative-PLS 모델에서 동일 지역을 예측할 때에 비해(평균 R2=0.821, 평균 RMSEP=0.499) 타 지역을 예측할 경우(평균 R2=0.625, 평균 RMSEP=0.681) 전반적으로 예측 성능이 저하 되었다. 이를 통해 표본의 재배지가 달라지면 동일한 품종과 실험 환경이더라도 검량선의 차이가 발생함을 확인하였다. 그러나 전처리를 적용함에 따른 성능 개선을 확인하였으며, 한 지역의 학습 모델을 활용해 타 지역의 당도를 예측한 결과와 실제 당도 값이 피어슨 상관관계 0.7이상으로 높은 상관관계를 보임을 알 수 있었다. 향후 다양한 전처리 조합과 개선된 모델 구축을 통해 타 지역 표본도 함께 고려하여 당도 예측 모델 구축을 위한 비파괴 당도 선별에 발생 되는 시료의 소비를 줄이는 방안을 고안해 낼 수 있을 것이라 기대된다.

이탈리안 라이그라스(IRG) 종자용 건조 시험장치 개발

김밝금 ( Balgeum Kim ),임종국 ( Jongguk Lim ),이아영 ( Ahyeong Lee ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

이탈리안 라이그라스(IRG)는 국내 대표 동계 조사료로 ‘05년 500톤, ‘19년에는 약 6,000톤의 규모로 과거 10년 전보다 종자 수요가 10배 이상 급증하고 있는 추세이다. IRG는 가축의 기호성이 우수하고 비육에 효과적인 장점이 있어 가치가 뛰어난 사료 작물로 손꼽힌다. IRG에 대한 종자 수요는 지속적으로 증가하고 있는 것에 반해, IRG 종자 수확 시기와 우리나라 장마 기간이 겹쳐 수확 후 건조 단계에 한계가 있어 충분한 수확량 확보에 어려움을 겪고 있다. IRG 종자는 초기 함수율이 50% 이상으로 수확 후 즉시 건조하지 않으면 높은 함수율과 품온에 의해 종자 부패가 빠르게 진행된다. 따라서 본 연구에서는 IRG 종자용 건조 시험장치를 개발하여 현재 노지 건조에 의존하고 있는 IRG 건조 방법의 한계를 극복하고자 하였다. 현재 IRG 건조 방법인 노지 건조는 종자 건조 두께 증가 시 품온 상승으로 종자 손상 우려가 크다. 종자 품온 상승 방지를 위해 인력에 의한 주기적 교반이 필요하고, 우천 시나 조류 피해 문제로 비닐하우스와 같은 비가림 시설이 필요하다. 건조에 소요되는 공간 및 인적 요소를 줄이기 위해 기존 연속 순환식 곡물 건조기를 이용할 시 수분 함량이 50% 이상인 IRG 종자 수확물의 물성 특성으로 이송부 등 막힘 현상이 발생하고, 기존 곡물과 다르게 공극이 없어 기존 곡물 건조기 사용에도 한계가 있다. 본 연구에서는 IRG 종자용 컨베이어 벨트식 및 진동식 유동층 건조 시험장치를 개발하였다. 컨베이어 벨트식 건조 장치는 종자를 일정 두께로 컨베이어 벨트 위로 공급하여 열풍에 의해 건조되게 설계 및 제작되었다. 인력으로 종자 교반을 해야 하는 문제를 해결하기 위해 건조기 내부에 ‘회전형 교반 장치’를 장착하여 높은 수분에 의한 종자 뭉침을 방지하고 균일 건조가 가능하도록 하였다. 진동식 유동층 건조 장치는 기존 순환식 곡물 건조기를 이용한 건조 시 이송부가 막히는 문제를 해결하고자 밀폐된 챔버 내부에 고압의 열풍을 공급하고, 장치 전체에 진동을 가하는 방식으로 제작되었다. IRG 종자 건조 시험장치를 이용한 추후 종자 적용 시험으로 현재 노지 건조에만 의존하고 있는 현장에서 효율적인 IRG 종자 건조가 가능할 것이라고 생각된다.

제 3발표장 : 생물공정공학 분야; 11:30~11:42 : A형 간염바이러스의 현장진단을 위한 측방유동 면역분석법을 이용한 간이진단키트

김밝금 ( Bal Geum Kim ),정진태 ( Jin Tae Jeong ),김두운 ( Du Woon Kim ),이경환 ( Kyeong Hwan Lee ) 한국농업기계학회 2014 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.19 No.2

이탈리안 라이그라스 종자의 수확 직후 물성

김밝금 ( Balgeum Kim ),임종국 ( Jongguk Lim ),이아영 ( Ahyeong Lee ),서영욱 ( Youngwook Seo ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

이탈리안라이그라스(IRG)에 대한 종자수요가 지속적으로 증가하고 있으나 채종 후 높은 함수율 및 까락 등으로 인해 건조 및 정선에 어려움이 있어 안정적인 종자수급에 차질이 발생되고 있다. 따라서 본 연구에서는 IRG 종자의 건조 및 정선 시설 개발의 기초자료로서 활용하기 위해, 수확 직후 및 20% 수준으로 건조된 종자에 대한 물성을 측정하고 차이를 비교하는 것을 목표로 하였다. 시료는 수확 후 경과된 시간에 따라 코윈어리, 그린콜 및 그린콜 2호의 3 품종을 수집하였다. 코윈어리는 수확 당일 측정하였으며, 그린콜은 수확후 2일간 노지건조, 그린콜 2호는 수확 후 1일간 건조된 시료를 측정하여 노지건조 시간에 따른 함수율 변화를 확인하였다. 각각의 시료는 수집 직후 및 열풍건조기로 40℃에서 20%(w.b.) 수준까지 건조 후 측정하여 함수율에 따른 물성을 비교하였다. 함수율은 코윈어리의 경우 39.18%, 그린콜 2호는 27.98%, 그린콜은 19.22%를 나타내, 수확 직후의 종자는 40%수준의 함수율을 보였으며 노지건조 일수에 따라 약 10% 정도 감소하였다. 천립중은 함수율이 높을수록 높게 나타나, 코윈어리의 경우 4.51g 수준으로 나타났으며, 건조 후에는 3.51g 으로 감소하였다. 산물밀도는 함수율이 낮은 시료에서 감소되어, 초기 시료에 비해 건조 후 6∼9% 감소하였다. 전체적인 값은 품종에 따라 차이가 있으나, 함수율 20% 수준에서 310∼350 kg/m3 수준인 것으로 판단되었다. 길이, 폭, 두께는 함수율이 감소됨에 따라 평균적인 값이 2∼7% 정도 감소하는 것으로 나타났으나, 유의미한 차이는 보이지 않았다. 또한 함수율 20% 수준에서 길이, 두께, 폭은 각각 5.7∼6.0mm, 1.4∼1.6mm, 0.9∼1.0mm 정도인 것으로 나타났다.

동애등에 유충 분리장치 개발을 위한 혼합물의 함수율 측정

임종국,김밝금,이아영 한국산업식품공학회 2021 학술대회 및 심포지엄 Vol.2021 No.05

누에 사육 자동화를 위한 호퍼형 공급 장치를 이용한 뽕잎 급이 실험

임종국,김밝금,이아영 한국산업식품공학회 2021 학술대회 및 심포지엄 Vol.2021 No.10